直接内部重组

直接内部重组，别称直接内容重整，是一种固体氧化物燃料电池(SOFC) 燃料重整技术。属内部重整技术，直接内部重整即重整反应发生在 SOFC 的负极, 分为蒸气内部重整和燃料直接氧化两种主要方式。

释义直接内部重组，别称直接内容重整，是一种固体氧化物燃料电池(SOFC)燃料重整技术。属内部重整技术，直接内部重整即重整反应发生在SOFC的负极，分为蒸气内部重整和燃料直接氧化两种主要方式。1

直接蒸气内部重整即蒸气重整与电极催化反应同在负极室内进行，重整所需要的热量由电极反应提供。Belyaev等研究了Ni-ZrO2-CeO2负极上甲烷蒸气重整，结果表明，负极活性稳定，且电极极化对蒸气重整的催化活性无影响，内部重整方式要求负极材料具有良好的催化活性，因此对负极材料要求高，而且SOFC负极入口存在温度梯度。该研究指出，采用部分外部重整和减小重整速率可以减小电池负极入口的温度梯度。

Riensche等研究了天然气部分预重整与内部重整结合的SOFC系统，在探讨操作温度与流量对甲烷、乙烷转化率影响的基础上，模拟负极气体循环，研究了CO2对反应重整器的影响及气体流速和温度对甲烷转化率的影响。研究结果表明，功率为10kW的预重整器在温度为650e条件下，甲烷的转化率为30%，乙烷的转化率达到70%，C2以上的组分完全转化，而且甲烷、乙烷的转化率可以通过温度和流量控制。研究负极尾气循环进入预重整器，结果表明，甲烷的转化率下降，因为负极尾气中的CO2影响了催化剂的活性，要达到相同转化率，需增加催化剂用量，且负极尾气循环对甲烷转化率的影响随温度的升高而减小，反应温度在675e时，催化剂用量增加一倍，740e时，催化剂用量为原来的112倍。SOFC电池堆是否可以用预重整的天然气作燃料，还需要进一步研究。2

燃料直接氧化即甲烷或其他烷烃与氧气按一定的比例进入SOFC负极，产生电流的同时生成合成气。许多学者对此进行了研究。目前，燃料直接氧化的阳极材料主要有Ni/YSZ阳极和掺杂稀土的CeO2阳极两大类。Ishihara等比较了以甲烷为燃料，不同电解质的SOFC电化学特性，认为以LaGaO3为电解质的SOFC性能最好。甲烷进入负极，开路时会发生甲烷偶联，短路时生成CO和H2。以LaGaO3为电解质的SOFC产生电流大小与甲烷部分氧化活性大小，都在于电解质传导氧负离子的能力。当SOFC以Sr、Mg掺杂的LaGaO3为电解质，以Ni为负极、LaSrCoO3为正极，在甲烷/氧气比为4时，最大功率可达336mW/cm2。

Abudula等以纯甲烷气进入SOFC负极进行研究，认为甲烷在负极(Ni/YSZ)直接氧化为CO2，其反应机理是甲烷在电池负极裂解为C和H2，在低电流密度情况下C在NiYSZ边界与O2反应生成CO，在高电流密度情况下则生成CO2和H2O。同时研究了负极层厚度、NiO粒度、甲烷浓度及操作温度对负极过电位的影响，以H2为燃料的SOFC和以CH4为燃料的SOFC的负极层厚度为120Lm和70Lm时，负极过电位最小，负极过电位随NiO粒度的减小而降低，CH4浓度的变化对SOFC的IV特性没有太大的影响，但是电流密度随CH4浓度的增加而增加。降低操作温度，电池负极过电位增加，电流密度减小，但会使CH4向CO2转变，因此，低温有利于提高燃料效率，还可以减少积炭，甲烷氧化为CO2的控制步骤是表面反应步骤。当燃料为含碳量较高的碳氢燃料时，SOFC的负极会形成严重积炭，添加CeO2等稀土材料可提高负极的抗积炭性，但操作温度高达1000e时才会起作用，此时电流密度相对较小。2

本词条内容贡献者为:

刘全生 - 副教授 - 长春理工大学